美國科研團隊在芯片上制造出一種實用的鈦寶石激光器

美國斯坦福大學團隊在芯片上制造出一種鈦寶石激光器。與目前的任何其他鈦藍寶石激光器相比，這一原型機的體積縮小了4個數(shù)量級（即原來的萬分之一），成本降低了3個數(shù)量級（即原先的千分之一）。無論在規(guī)模效率方面，還是在成本方面，這一成果都是一次巨大進步。

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鈦寶石波導放大器。該放大器的尺寸為0.5毫米見方。

鈦藍寶石激光器在尖端量子光學、光譜學和神經(jīng)科學等許多領(lǐng)域不可或缺，然而其在現(xiàn)實世界卻未能廣泛應用。因為這種激光器通常體積很大且價格昂貴，每臺要花數(shù)十萬美元，還需要其他高功率設(shè)備（每臺售價約3萬美元）來維持運轉(zhuǎn)。

此次，研究人員首先在二氧化硅平臺上鋪了一層大塊的鈦藍寶石；再將鈦藍寶石研磨、蝕刻和拋光成極薄的一層，只有幾百納米厚；然后，在該薄層上設(shè)計出一個由微小脊線組成的漩渦。這些脊線就像光纖電纜，引導光線不斷循環(huán)，強度逐漸增強。這種模式被稱為波導。

剩下的部分是一個微尺度加熱器，它可以加熱穿過波導的光，從而讓研究人員能改變發(fā)射光的波長，將光的波長范圍調(diào)整到700—1000納米之間，即從紅光到紅外光。

在量子物理學方面，這種新激光器可大幅縮小最先進的量子計算機的規(guī)模；在神經(jīng)科學方面，它可在光遺傳學中得到應用，允許科學家通過相對較大的光纖引導大腦內(nèi)部的光來控制神經(jīng)元；在眼科方面，它可能在激光手術(shù)中與啁啾脈沖放大技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)新應用，或者提供更便宜、更緊湊的光學相干斷層掃描技術(shù)來評估視網(wǎng)膜健康。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-024-07457-2